Поделиться
IBM строит отказоустойчивый квантовый компьютер с 200 кубитами и встроенной коррекцией ошибок
Инженеры IBM планирует создать первый в мире крупномасштабный отказоустойчивый квантовый компьютер к 2029 г. Компьютер, получивший название IBM Quantum Starling, будет построен в новом центре обработки данных в Покипси (штат Нью-Йорк) и будет выполнять в 20 тыс. раз больше операций, чем существующие квантовые компьютеры.
Создание квантового компьютера
В компании IBM назвали сроки создания первого масштабного квантового компьютера с 200 логическими кубитами и встроенной коррекцией ошибок, пишет Tom’s Hardware.
Компания IBM обновила план по созданию первого в мире отказоустойчивого квантового компьютера для решения практических задач, система получила имя Starling. Она будет оперировать 200 логическими кубитами. Ввод в строй намечен на 2029 г. Как утверждают представители IBM на своем сайте, научного барьера для создания этой системы с июне 2025 г. больше нет, теперь же предстоит решать лишь обычные инженерные задачи.
В июне 2025 г. готовых аппаратных решений для создания системы Starling не существует, но инженеры IBM планирует разрабатывать ее поэтапно. Система будет внедрена в новом квантовом центре обработки данных (ЦОД) в Покипси, штат Нью-Йорк. Ожидается, что Starling сможет выполнять в 20 тыс. раз больше операций, чем современные квантовые компьютеры. Для моделирования квантовых состояний Starling потребовалась бы память объемом более квиндециллиона байт (10^48), что значительно превосходит возможности самых производительных суперкомпьютеров в мире.
«IBM прокладывает путь к новой эре квантовых вычислений, — отметил председатель совета директоров и генеральный директор IBM Арвинд Кришна (Arvind Krishna). — В 2025 г. наши знания в математике, физике и инженерии позволяют создавать масштабируемый отказоустойчивый квантовый компьютер, способный решать практические задачи и открывать широкие перспективы для бизнеса в будущем».
Масштабируемый отказоустойчивый квантовый компьютер с сотнями или тысячами логических кубитов способен выполнять от сотен миллионов до миллиардов операций, что значительно ускорит и удешевит процессы в таких областях, как разработка лекарств, поиск новых материалов, химия и оптимизация. Система Starling сможет выполнять 100 млн квантовых операций, используя 200 логических кубитов. Она станет основой для следующей системы — Blue Jay, которая сможет выполнять 1 млрд квантовых операций с использованием 2 тыс. логических кубитов. Blue Jay ожидается в 2033 г. как уже дальнейшее развитие Starling. Если она будет реализована, традиционное шифрование, вероятно, устареет навсегда.
По мнению экспертов Tom’s Hardware, разработчики IBM сделали заявку, способную перевернуть мир вычислений. Насколько она сможет воплотить это в жизнь — пока открытый вопрос.
План работ
В реальности процесс будет выглядеть так: в конце 2025 г. IBM представит процессорный модуль Loon. Этот модуль создан для тестирования компонентов архитектуры кода qLDPC, включая «C-соединители», которые обеспечивают связь между кубитами на больших расстояниях внутри одного чипа. Представление об усложнении архитектуры и связей в многослойном чипе дает сравнение современного квантового процессора IBM Heron и модуля Loon, как показано на изображении выше.
В 2026 г. IBM представит первый модульный процессор Kookaburra, предназначенный для хранения и обработки закодированной информации. Он объединит квантовую память с логическими операциями и станет основным элементом для масштабирования отказоустойчивых ИТ-систем за пределы одного чипа.
В 2027 г. инженеры IBM должны будут представить процессорный модуль Cockatoo, который объединит два модуля Kookaburra с помощью «L-образных соединений». Эта архитектура позволит связывать квантовые чипы в более крупную ИТ-систему, избегая создания непрактично больших чипов. Система Starling будет построена на базе объединения модулей Cockatoo в единую платформу. Она предусматривает криогенное охлаждение ключевых компонентов до температуры около 4 кельвинов (-269,15°C). Для интеграции с традиционными вычислительными системами связующая электроника также будет охлаждаться до таких температур. Однако в холодильнике будут размещены только вычислительные узлы, а не вся система.
Проработка архитектуры
Стоит отметить, что для обеспечения отказоустойчивости на каждый логический кубит, участвующий в вычислениях, требуется около 1 млн физических (аппаратных) кубитов, согласно фундаментальным исследованиям в области квантовых вычислений. С 2020 г. эти требования были существенно смягчены, однако IBM пока не раскрывает, сколько физических кубитов будет использовано для каждого логического. Тем не менее, это предполагает разработку чрезвычайно сложной архитектуры процессоров, чтобы квантовый компьютер уместился в вычислительном зале, а не занял площадь, сравнимую с несколькими футбольными полями.
Разработчики IBM объявили о создании перспективной архитектуры, способной выполнять квантовые вычисления с запутыванием огромного числа физических кубитов. В основе этой архитектуры лежит разработанный компанией IBM код. Успех создания эффективной отказоустойчивой архитектуры во многом зависит от выбора кода коррекции ошибок, а также от того, как система спроектирована и построена для масштабирования этого кода.
Естественно, код должен быть тесно связан с архитектурой, что ограничивает IBM жесткими рамками. Ключевые требования к архитектуре включают: устойчивость к сбоям для подавления ошибок, обеспечивающую работу полезных алгоритмов; возможность подготовки и измерения логических кубитов в процессе вычислений; поддержку универсальных инструкций для логических кубитов; способность декодировать измерения логических кубитов в реальном времени и корректировать последующие инструкции; модульность для масштабирования до сотен или тысяч логических кубитов для выполнения сложных алгоритмов; а также достаточную эффективность для реализации значимых алгоритмов с использованием реальных физических ресурсов, таких как энергия и ИТ-инфраструктура.
В двух новых технических документах IBM представила подробности своей разработки. Во-первых, компания предложила код qLDPC — квантовые коды с низкой плотностью проверок четности, аналогичные классическим LDPC. Этот код позволяет сократить количество физических кубитов, необходимых для коррекции ошибок, и уменьшает накладные расходы примерно на 90% по сравнению с другими перспективными кодами. Кроме того, в документах IBM описаны ресурсы, необходимые для надежного выполнения крупномасштабных квантовых программ, что подтверждает превосходство такой архитектуры над альтернативными подходами. Во второй статье инженеры IBM рассказали, как эффективно декодировать информацию с физических кубитов, и предложили способ выявления и исправления ошибок в реальном времени с помощью обычных вычислительных ресурсов.
Короткая ссылка
